Fotovoltaik - Photovoltaics
PV, yüksek güneş potansiyeline sahip bölgelerde en ucuz elektrik gücü kaynağı haline geldi ve teklifler 2020'de 0,01567 US $ / kWh'ye kadar düştü. Panel fiyatları on yıl içinde 10 kat düştü. Bu rekabet gücü , küresel ısınmanın azaltılmasına yardımcı olmak için gerekli olan sürdürülebilir enerjiye küresel bir geçişin yolunu açar . Emisyon bütçesi için CO
21.5 derece hedefine ulaşmak, emisyonlar mevcut seviyede kalırsa 2028'de kullanılacaktır. Bununla birlikte, ana kaynak olarak PV'nin kullanılması, enerji depolama sistemleri veya ek maliyetlere neden olan yüksek voltajlı doğru akım güç hatları ile küresel dağıtım gerektirir .
Bir fotovoltaik sistem , her biri elektrik gücü üreten bir dizi güneş hücresi içeren güneş modüllerini kullanır . PV kurulumları zemine monte edilebilir, çatıya monte edilebilir, duvara monte edilebilir veya yüzer olabilir. Montaj sabitlenebilir veya gökyüzünde güneşi takip etmek için bir güneş takip cihazı kullanabilir .
Solar PV'nin bir enerji kaynağı olarak belirli avantajları vardır: Bir kez kurulduktan sonra işletimi kirlilik oluşturmaz ve sera gazı emisyonu oluşturmaz , güç ihtiyaçları açısından basit ölçeklenebilirlik gösterir ve silikon, Dünya'nın kabuğunda büyük ölçüde kullanılabilirliğe sahiptir.
Fotovoltaik sistemler, bağımsız kurulumlar ve şebekeye bağlı PV sistemleri 1990'lardan beri kullanımda olduğundan, özel uygulamalarda uzun süredir kullanılmaktadır . Fotovoltaik modüller ilk olarak 2000 yılında, Alman çevreciler ve Eurosolar örgütünün on bin çatı programı için hükümetten finansman sağlamasıyla seri üretildi .
Teknolojideki gelişmeler ve artan üretim ölçeği her halükarda maliyeti düşürdü, güvenilirliği ve fotovoltaik kurulumların verimliliğini artırdı. Güneş enerjisiyle üretilen elektrik için tercihli tarife garantisi gibi net ölçüm ve mali teşvikler, birçok ülkede güneş PV kurulumlarını desteklemiştir. Şu anda 100'den fazla ülke solar PV kullanıyor.
Hidro ve rüzgar enerjilerinden sonra PV, küresel kapasite açısından üçüncü yenilenebilir enerji kaynağıdır. Uluslararası Enerji Ajansı 2019 den 2024 kadar 880 GW tahminlerine göre, PV ortalarında 2020'lerde tarafından büyük kurulu güce sahip teknoloji haline gelebilir - 700 tarafından bir büyüme bekliyor.
2020 yılında bir çatı fotovoltaik sistem tazmin etmiştir içinde 1.28 yıl içinde bunları üretmek için gereken enerjiyi Ottawa , Kanada 0,97 yıl içinde, Katanya , İtalya ve içinde 0,4 yıl Jaipur , Hindistan .
Etimoloji
"Fotovoltaik" terimi, "ışık" anlamına gelen Yunanca φῶς ( phōs ) kelimesinden gelir ve "volt", elektromotor kuvvet birimi olan volt'tan gelir ve bu da, İtalyan fizikçi Alessandro Volta'nın mucidi olan pil ( elektrokimyasal hücre ). "Fotovoltaik" terimi İngilizce'de 1849'dan beri kullanılmaktadır.
Güneş hücreleri
Güneş pilleri, ekipmanı çalıştırmak veya bir pili şarj etmek için kullanılabilen güneş ışığından doğru akım elektriği üretir . Fotovoltaiklerin ilk pratik uygulaması yörüngedeki uydulara ve diğer uzay araçlarına güç sağlamaktı , ancak bugün fotovoltaik modüllerin çoğu elektrik üretimi için şebekeye bağlı sistemler için kullanılıyor. Bu durumda bir invertör dönüştürmek için gerekli olan DC için AC . Uzak konut için bağımsız sistemler için daha küçük bir pazar var hâlâ tekneler , eğlence araçları , elektrikli arabalar , yol kenarı acil telefonlar, uzaktan algılama ve katodik koruma ve boru hatları .
Fotovoltaik enerji üretim kullanmaktadır güneş modülleri , bir dizi oluşan güneş pilleri bir yarı-iletken malzemeyi ihtiva etmektedir. Bakır güneş kabloları modülleri (modül kablosu), dizileri (dizi kablosu) ve alt alanları bağlar. Yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelik artan talep nedeniyle, güneş pilleri ve fotovoltaik dizilerin üretimi son yıllarda önemli ölçüde ilerlemiştir.
Güneş fotovoltaik enerji üretimi, uzun zamandır gezegenin en bol ve en yaygın yenilenebilir enerji kaynağı olan güneşten yararlanan temiz bir enerji teknolojisi olarak görülüyor . Hücreler çevreden korunmaya ihtiyaç duyar ve genellikle güneş modüllerinde sıkıca paketlenir.
Fotovoltaik modülü güç "W standart test koşulları (STC) altında ölçülmüş olup p " ( Watt ). Belirli bir yerdeki gerçek güç çıkışı, coğrafi konuma, günün saatine, hava koşullarına ve diğer faktörlere bağlı olarak bu nominal değerden daha düşük veya daha yüksek olabilir. Solar fotovoltaik dizi kapasite faktörleri tipik olarak% 25'in altındadır ve bu, diğer birçok endüstriyel elektrik kaynağından daha düşüktür.
Güncel gelişmeler
En iyi performans için, karasal PV sistemleri güneşle karşılaştıkları zamanı en üst düzeye çıkarmayı hedefler. Güneş izleyicileri bunu güneşi takip etmek için PV modüllerini hareket ettirerek başarır. Artış kışın% 20'ye kadar, yazın ise% 50'ye kadar çıkabilir. Statik monteli sistemler, güneş yolunun analizi ile optimize edilebilir . PV modülleri genellikle açı için eşit, enlem tilt ayarlanır enlem , ama performans yaz veya kış için açıyı ayarlayarak geliştirilebilir. Genel olarak, diğer yarı iletken cihazlarda olduğu gibi, oda sıcaklığının üzerindeki sıcaklıklar fotovoltaik modüllerin performansını düşürür.
Eğer güneş modüllerinin bir kısmı da, bir kulede birbiri üzerinde dikey olarak monte edilebilir zenit mesafe arasında güneş sıfırdan daha büyüktür, ve kule bir bütün olarak yatay açık olabilir ve buna ek olarak yaklaşık her modül bir yatay eksen. Böyle bir kulede modüller Güneş'i aynen takip edebilir. Böyle bir cihaz, döner bir disk üzerine monte edilmiş bir merdiven olarak tanımlanabilir . Bu merdivenin her basamağı, dikdörtgen bir güneş panelinin orta eksenidir . Güneşin zirve mesafesinin sıfıra ulaşması durumunda, bir güneş modülünün daha düşük olan üzerinde gölge oluşturmasını önlemek için "merdiven" kuzeye veya güneye döndürülebilir. Tam olarak dikey bir kule yerine, ekseni kutup yıldızına yönelik , yani Dünya'nın dönme eksenine paralel olan bir kule seçilebilir . Bu durumda eksen ile Güneş arasındaki açı her zaman 66 dereceden büyüktür. Güneşi takip etmek için bir gün boyunca sadece panelleri bu eksende çevirmek gerekir. Tesisler zemine monte edilebilir (ve bazen çiftçilik ve otlatma ile entegre edilebilir) veya bir binanın çatısına veya duvarlarına ( binaya entegre fotovoltaik ) inşa edilebilir .
Bir başka yeni gelişme, güneş pillerinin malzeme içeriğiyle ilgilidir. Oxford, Stanford ve diğer yerlerdeki üniversite laboratuvarları, fotovoltaik güneş pillerindeki kristalin silikonu yarı iletken özelliklere sahip bir mineral olan perovskite ile değiştirmeyi deniyor . Bu laboratuarlardaki araştırmacılar, silikon güneş pillerininkilerle eşleşen veya aşan% 20-25'lik hücre verimliliklerini hızla elde ettiler.
Verimlilik
Bir PV hücresinin elektriksel verimliliği, bir hücrenin belirli bir Güneş ışıması için ne kadar elektrik gücü üretebileceğini temsil eden fiziksel bir özelliktir . Bir fotovoltaik hücrenin maksimum verimliliği için temel ifade, çıkış gücünün gelen güneş enerjisine oranıyla verilir (radyasyon akısı çarpı alanı)
Verimlilik, ideal laboratuvar koşullarında ölçülür ve PV hücresi veya modülünün maksimum elde edilebilir verimliliğini temsil eder. Gerçek verimlilik sıcaklık, ışık şiddeti ve spektrumdan etkilenir.
Bugüne kadarki en verimli güneş pili türü, Aralık 2014'te Fraunhofer ISE tarafından üretilen% 46,0 verimliliğe sahip çok bağlantılı yoğunlaştırıcı güneş pilidir . Konsantrasyon olmadan elde edilen en yüksek verimlilik , tescilli üçlü kullanılarak% 35,8 ile Sharp Corporation tarafından sağlanan bir malzemeyi içerir. -2009'da bağlantılı üretim teknolojisi ve Boeing Spectrolab (% 40,7'si ayrıca üç katmanlı bir tasarım kullanıyor). ABD merkezli özel galyum arsenit (GaAs) PV üreticisi Alta Devices , esnek ve hafif uygulamalara adanmış "dünyanın en verimli güneş enerjisi" tek bağlantılı hücresine sahip olduğunu iddia eden% 26 verimlilikle ticari hücreler üretir. Silikon güneş pili için, ABD şirketi SunPower , pazar ortalamasının% 15-18'in çok üzerinde,% 22,8'lik sertifikalı modül verimliliği ile liderliğini sürdürüyor. Bununla birlikte, rakip şirketler Güney Koreli şirketler grubu LG (% 21,7 verimlilik) veya Norveç REC Group (% 21,7 verimlilik) gibi yetişiyor .
Öncelikle rekabet avantajı için PV hücrelerinin ve modüllerinin dönüştürme verimliliğini artırmak için devam eden bir çaba vardır. Güneş pillerinin verimliliğini artırmak için , güneş spektrumuna uyan uygun bir bant aralığına sahip bir yarı iletken malzeme seçmek önemlidir . Bu, elektriksel ve optik özellikleri geliştirecektir. Ücret toplama yönteminin iyileştirilmesi de verimliliği artırmak için faydalıdır. Geliştirilmekte olan birkaç malzeme grubu vardır. Çok yüksek verimli cihazlar (η>% 30), çok bağlantılı tandem hücreli GaAs ve GaInP2 yarı iletkenler kullanılarak yapılır. Yüksek verimli, düşük maliyetli hücreler (η>% 20) elde etmek için yüksek kaliteli, tek kristalli silikon malzemeler kullanılır.
Organik fotovoltaik hücrelerdeki (OPV'ler) son gelişmeler, 1980'lerde piyasaya sürülmelerinden bu yana güç dönüştürme verimliliğinde% 3'ten% 15'in üzerine önemli ilerlemeler kaydetmiştir. Bugüne kadar rapor edilen en yüksek güç dönüştürme verimliliği, küçük molekül için% 6,7 ila% 8,94, polimer OPV'ler için% 8,4 ila% 10,6 ve perovskit OPV'ler için% 7 ila% 21 arasında değişmektedir. OPV'lerin PV pazarında önemli bir rol oynaması bekleniyor. Son gelişmeler, çevreye zarar vermeyen ve yenilenebilir kalırken verimliliği artırmış ve maliyeti düşürmüştür.
Perovskite hücreleri de hızla (2019 itibariyle) ilerliyor, en yüksek verimlilik stabilize edilmemiş hücreler için% 13'ten% 23,7'ye ve perovskite / Si tandem monolitik hücreler için% 28'e kadar yükseldi.
Birkaç şirket, akıllı modüller adı verilen PV modüllerine güç optimize edicileri yerleştirmeye başladı . Bu modüller , her modül için ayrı ayrı maksimum güç noktası izleme (MPPT) gerçekleştirir, izleme için performans verilerini ölçer ve ek güvenlik özellikleri sağlar. Bu tür modüller ayrıca, bir modülün bir bölümü boyunca düşen bir gölgenin, modüldeki bir veya daha fazla hücre dizisinin elektriksel çıktısının azalmasına neden olduğu gölgeleme efektlerini de telafi edebilir.
Hücrelerin performansının düşmesinin ana nedenlerinden biri aşırı ısınmadır. Bir güneş pilinin verimliliği, sıcaklıktaki her 1 santigrat derece artış için yaklaşık% 0,5 azalır. Bu, yüzey sıcaklığındaki 100 derecelik bir artışın bir güneş pilinin verimini yaklaşık yarı yarıya azaltabileceği anlamına gelir. Kendi kendini soğutan güneş pilleri, bu soruna bir çözümdür. Yüzeyi soğutmak için enerji kullanmak yerine, piramit ve koni şekilleri silisten oluşturulabilir ve bir güneş panelinin yüzeyine bağlanabilir. Bunu yapmak, görünür ışığın güneş hücrelerine ulaşmasına izin verir , ancak kızılötesi ışınları (ısı taşıyan) yansıtır .
Büyüme
Güneş fotovoltaikleri hızla büyüyor ve dünya çapında kurulu kapasite 2018 yılına kadar yaklaşık 515 gigawatt'a (GW) ulaştı . Dünyanın bir takvim yılında dünyanın PV kapasitesinin toplam güç çıkışı şu anda 500 TWh elektriğin üzerindedir. Bu, dünya çapındaki elektrik talebinin% 2'sini temsil etmektedir. 100'den fazla ülke solar PV kullanıyor. Çin'i Amerika Birleşik Devletleri ve Japonya takip ederken , bir zamanlar dünyanın en büyük üreticisi olan Almanya'daki tesisler yavaşlıyor.
2017'de Science'ta yapılan bir araştırma, 2030 yılına kadar küresel PV kurulu kapasitelerinin 3.000 ila 10.000 GW arasında olacağını tahmin ediyor. 2010'daki EPIA / Greenpeace Solar Generation Paradigma Shift Senaryosu (eski adıyla Advanced Scenario), 2030 yılına kadar 1.845 GW PV sisteminin dünya genelinde yaklaşık 2.646 TWh / year elektrik üretebileceğini gösteriyor. İle birlikte enerji kullanım etkinliği iyileştirmeler, bu dünya nüfusunun% 9'dan fazla elektrik ihtiyacını temsil eder. 2050 yılına kadar, tüm elektriğin% 20'den fazlası fotovoltaik tarafından sağlanabilecek.
Bloomberg New Energy Finance'den Michael Liebreich , güneş enerjisi için bir devrilme noktası öngörüyor. Rüzgar ve güneş enerjisinden elde edilen enerjinin maliyetleri, keskin bir şekilde düştüğü ve düşmeye devam edeceği için, dünyanın bazı bölgelerinde geleneksel elektrik üretiminin maliyetinin altındadır. Ayrıca, elektrik şebekesinin dünya çapında büyük ölçüde genişletildiğini ve yenilenebilir kaynaklardan elektrik almaya ve dağıtmaya hazır olduğunu iddia ediyor. Buna ek olarak, dünya çapında elektrik fiyatları, kısmen tüketiciler tarafından coşkuyla benimsenen yenilenebilir enerji kaynaklarının güçlü baskısı altına girdi.
Deutsche Bank , gelecek fotovoltaik endüstrisi için "ikinci bir altına hücum" görüyor. Şebeke paritesine Ocak 2014 itibariyle en az 19 pazarda ulaşıldı. Fotovoltaikler, tarife garantilerinin ötesine geçecek ve dağıtım arttıkça ve fiyatlar düşmeye devam ettikçe daha rekabetçi hale gelecektir.
Haziran 2014'te Barclays , ABD kamu hizmeti şirketlerinin tahvillerini düşürdü. Barclays, merkezi olmayan PV sistemleri ve konut elektrik depolamasının bir kombinasyonu nedeniyle artan bir öz tüketimle daha fazla rekabet bekliyor . Bu, kuruluşun iş modelini temelden değiştirebilir ve sistemi önümüzdeki on yıl içinde dönüştürebilir, çünkü bu sistemler için fiyatların düşeceği tahmin edilmektedir.
2019'da Çin, kurulu 205 GW ile liderdir. İkincisi, 132 GW ile Avrupa Birliği. İkinci Eyalet 76 GW ile ABD'dir. Üçüncüsü 63 GW ile Japonya'dır. 10'uncu, 10 GW ile Fransa. 4 Yılda kurulu kapasite hızla artmaktadır. Tüm elektrik sisteminin PV kısmında lider% 14,8 ile Honduras'tır.
Vietnam, 2019 itibariyle Güneydoğu Asya'da yaklaşık 4,5 GW ile en yüksek kurulu kapasiteye sahiptir. Kişi başına yıllık yaklaşık 90 W'lık yıllık kurulum oranı, Vietnam'ı dünya liderleri arasına yerleştiriyor.
Büyümenin Etkenleri ve Engelleri
Cömert Besleme Tarifesi (FIT) ve vergi muafiyetleri gibi destekleyici politikaların, Vietnam'ın güneş PV patlamasının temel yakın etkenleri olduğu görülmüştür. Altta yatan etmenler arasında hükümetin enerjinin kendi kendine yeterliliğini artırma arzusu ve halkın yerel çevre kalitesine olan talebi bulunmaktadır.
Önemli bir engel, sınırlı iletim şebekesi kapasitesidir.


Fotovoltaik teknolojilerin çevresel etkileri
Etki türleri
Güneş fotovoltaik (PV) hücreleri temiz enerji üretimi için umut vaat ederken, bunların yerleştirilmesi üretim maliyetleri, malzeme mevcudiyeti ve toksisite nedeniyle engelleniyor. Etkilerini araştırmak için gereken veriler bazen oldukça büyük miktarda belirsizlikten etkilenir. Örneğin insan emeği ve su tüketimi değerleri, bilimsel literatürdeki sistematik ve doğru analizlerin olmaması nedeniyle kesin olarak değerlendirilmemiştir.
Yaşam döngüsü değerlendirmesi (LCA), PV'den kaynaklanan çevresel etkileri belirlemenin bir yöntemidir. Birinci nesil , ikinci nesil ve üçüncü nesil dahil olmak üzere çeşitli PV türleri üzerinde birçok çalışma yapılmıştır . Genellikle bu PV LCA çalışmaları, sistem sınırını kapatmak için bir yuva seçer çünkü çalışmaların yapıldığı sırada, bu henüz ticari olarak mevcut olmayan yeni bir teknolojidir ve sistem bileşenleri ve bertaraf yöntemlerinin gerekli dengesi bilinmemektedir.
PV'nin çoğu LCA'sı iki kategoriye odaklanmıştır: kWh başına karbondioksit eşdeğerleri ve enerji geri ödeme süresi (EPBT). EPBT, "bir PV sisteminin yaşam döngüsü boyunca gereken toplam yenilenebilir ve yenilenemez - birincil enerjiyi telafi etmek için gereken süre" olarak tanımlanır. Birinci ve ikinci nesil PV'den EPBT'nin 2015 tarihli bir incelemesi, gömülü enerjide hücrelerin verimliliğinden daha büyük bir varyasyon olduğunu ortaya koydu; bu da, EPBT'de daha büyük bir düşüşe sahip olmak için azaltılması gereken esas olarak gömülü enerji olduğunu ima etti. PV'ye bağlı etkileri belirlemedeki bir zorluk, atıkların üretim aşamasında havaya, suya veya toprağa salınıp bırakılmadığını belirlemektir. PV sistemlerinin kullanım ömrü boyunca emisyonları ve salınımları anlamaya çalışmak için araştırmalar devam etmektedir.
Birinci nesil PV'nin etkileri
Kristal silikon modüller, en yaygın olarak kullanıldıkları için LCA açısından en kapsamlı çalışılan PV tipidir. Tek kristalli silikon fotovoltaik sistemler (mono-si) ortalama% 14.0 verime sahiptir. Hücreler, güneş ön elektroda çarparken, ön elektrot, yansıma önleyici film, n-katman, p-katman ve arka elektrot yapısını takip etme eğilimindedir. EPBT, 1,7 ila 2,7 yıl arasında değişir. CO kapısına beşiği 2 72.2 gram -eq / kW aralığı 37.3 den.
Çok kristalli silikon (multi-si) fotovoltaik hücreler üretme teknikleri, mono-si'den daha basit ve daha ucuzdur, ancak ortalama% 13,2 oranında daha az verimli hücreler yapma eğilimindedir. EPBT, 1,5 ila 2,6 yıl arasında değişir. CO kapısına beşiği 2 -eq / kW aralığı 28.5 ila 69 gram arasında değişmektedir. Bazı çalışmalar EPBT ve GWP'nin ötesine geçerek diğer çevresel etkilere bakmıştır. Böyle bir çalışmada, Yunanistan'daki geleneksel enerji karışımı multi-si PV ile karşılaştırılmış ve kanserojenler, eko-toksisite, asitlenme, ötrofikasyon ve diğer on bir diğer dahil olmak üzere etkilerde% 95 genel bir azalma tespit edilmiştir.
İkinci nesilden etkiler
Kadmiyum tellür (CdTe), toplu olarak ikinci nesil cihazlar olarak bilinen en hızlı büyüyen ince film bazlı güneş pillerinden biridir. Bu yeni ince filmli cihaz aynı zamanda geleneksel Si cihazları ile benzer performans kısıtlamalarını ( Shockley-Queisser verimlilik sınırı ) paylaşır, ancak üretim sırasında hem malzeme hem de enerji tüketimini azaltarak her bir cihazın maliyetini düşürmeyi vaat eder. Bugün CdTe'nin küresel pazar payı, 2008'deki% 4,7'den% 5,4'tür. Bu teknolojinin en yüksek güç dönüştürme verimliliği% 21'dir. Hücre yapısı, cam substrat (yaklaşık 2 mm), şeffaf iletken katman, CdS tampon katman (50-150 nm), CdTe emici ve bir metal temas katmanı içerir.
CdTe PV sistemleri, üretimlerinde birim elektrik üretimi başına diğer ticari PV sistemlerine göre daha az enerji girdisi gerektirir. Ortalama CO 2 -eq / kWh yaklaşık 18 gramdır (beşikten kapıya). CdTe, 0,3 ila 1,2 yıl arasında değişen tüm ticari PV teknolojileri arasında en hızlı EPBT'ye sahiptir.
Copper Indium Gallium Diselenide (CIGS), kalkopirit yarı iletkenlerinin bakır indiyum diselenid (CIS) ailesine dayanan ince film güneş pilidir . CIS ve CIGS genellikle CIS / CIGS topluluğu içinde birbirinin yerine kullanılır. Hücre yapısı, substrat olarak soda kireç camını, arka temas olarak Mo katmanını, emici katman olarak CIS / CIGS'yi, tampon katmanı olarak kadmiyum sülfit (CdS) veya Zn (S, OH) x'i ve tampon katmanı olarak ZnO: Al içerir. ön temas. CIGS, geleneksel silikon güneş pili teknolojilerinin yaklaşık 1 / 100'ü kalınlığındadır. Montaj için gerekli malzemeler kolayca temin edilebilir ve watt güneş pili başına daha az maliyetlidir. CIGS tabanlı güneş enerjisi cihazları zamanla performans düşüşüne direnir ve sahada oldukça kararlıdır.
CIGS'in bildirilen küresel ısınma potansiyeli etkileri, farklı güneş ışınımı (1.700 ila 2.200 kWh / m 2 / yıl) ve güç dönüştürme verimliliği (% 7,8 - 9,12) için üretilen 20,5 - 58,8 gram CO 2 -eq / kWh elektrik arasında değişmektedir . EPBT 0,2 ile 1,4 yıl arasında değişirken, EPBT'nin uyumlaştırılmış değeri 1,393 yıl bulunmuştur. Toksisite, kadmiyum ve galyum içerdiği için CIGS modüllerinin tampon katmanında bir sorundur. CIS modülleri herhangi bir ağır metal içermez.
Üçüncü nesilden etkiler
Üçüncü nesil PV'ler, hem birinci hem de ikinci nesil cihazların avantajlarını birleştirmek için tasarlanmıştır ve birinci ve ikinci nesil PV hücreleri için teorik bir limit olan Shockley-Queisser limitine sahip değildirler . Üçüncü nesil bir cihazın kalınlığı 1 um'den azdır.
Ortaya çıkan bir alternatif ve gelecek vaat eden bir teknoloji, metilamonyum kurşun halojenür perovskitlerden yapılmış organik-inorganik bir hibrit güneş piline dayanmaktadır. Perovskite PV hücreleri , son birkaç yılda hızla gelişti ve PV araştırmaları için en çekici alanlardan biri haline geldi. Hücre yapısı, bir metal arka kontak (Al, Au veya Ag'den yapılabilir), bir delik transfer katmanı (spiro-MeOTAD, P3HT, PTAA, CuSCN, CuI veya NiO) ve emici katman (CH 3 NH 3 PbIxBr 3 -x, CH 3 NH 3 PbIxCl 3 -x ya da CH 3 NH 3 PBI 3 ), bir elektron aktarım katmanı (TiOz, ZnO, Al 2 O 3 veya SnO 2 ) ve bir üst temas tabakası (flor takviyeli kalay oksit ya da kalay katkılı indiyum oksit).
Perovskit güneş pillerinin çevresel etkilerini ele almak için sınırlı sayıda yayınlanmış çalışma bulunmaktadır. En büyük çevresel sorun, emici tabakada kullanılan kurşundur. Perovskite hücrelerinin kararsızlığından dolayı kurşun, kullanım aşamasında sonunda tatlı suya maruz kalabilir. Bu LCA çalışmaları, insan ve perovskit güneş pillerinin ekotoksisitesine baktı ve şaşırtıcı derecede düşük olduklarını ve çevresel bir sorun olmayabileceğini buldu. Perovskite PV'lerin küresel ısınma potansiyelinin 24–1500 gram CO 2 -eq / kWh elektrik üretimi aralığında olduğu bulundu . Benzer şekilde, yayınlanan makalenin EPBT'si 0.2 ila 15 yıl arasında değişmektedir. Rapor edilen geniş değer yelpazesi, bu çalışmalarla ilişkili belirsizlikleri vurgulamaktadır. Çelik ve ark. (2016), perovskite PV LCA çalışmalarında yapılan varsayımları eleştirel olarak tartıştı.
İki yeni gelecek vaat eden ince film teknolojisi bakır çinko kalay sülfür (Cu 2 ZnSnS 4 veya CZTS), çinko fosfit (Zn 3 P 2 ) ve tek duvarlı karbon nano tüplerdir (SWCNT). Bu ince filmler şu anda yalnızca laboratuvarda üretilmektedir ancak gelecekte ticarileştirilebilir. CZTS ve (Zn 3 P 2 ) proseslerinin imalatının , sırasıyla CIGS ve CdTe'nin mevcut ince film teknolojilerine benzer olması beklenmektedir. SWCNT PV'nin soğurucu katmanının CoMoCAT yöntemi ile sentezlenmesi beklenir. CIGS ve CdTe gibi yerleşik ince filmlerin aksine, CZTS, Zn 3 P 2 ve SWCNT PV'ler toprak bol, toksik olmayan malzemelerden yapılır ve yıllık olarak mevcut dünya tüketiminden daha fazla elektrik üretme potansiyeline sahiptir. CZTS ve Zn 3 P 2 bu nedenlerle iyi bir vaat sunsa da, ticari üretimlerinin belirli çevresel etkileri henüz bilinmemektedir. CZTS ve Zn 3 P 2'nin küresel ısınma potansiyeli 38 ve 30 gram CO 2 -eq / kWh bulunurken, bunlara karşılık gelen EPBT sırasıyla 1.85 ve 0.78 yıl olarak bulundu. Genel olarak, CdTe ve Zn 3 P 2 benzer çevresel etkilere sahiptir ancak CIGS ve CZTS'den biraz daha iyi performans gösterebilir. Çelik ve ark. SWCNT PV'lerin çevresel etkileri üzerine ilk LCA çalışmasını, laboratuvar yapımı% 1 verimli bir cihaz ve istek uyandıran% 28 verimli dört hücreli tandem cihazı da dahil olmak üzere gerçekleştirdi ve sonuçları, referans noktası olarak mono-Si kullanarak yorumladı. Sonuçlar, monokristalin Si (mono-Si) ile karşılaştırıldığında,% 1 SWCNT'den kaynaklanan çevresel etkilerin, esas olarak üç yıllık kısa ömür nedeniyle ∼18 kat daha yüksek olduğunu göstermektedir. Bununla birlikte, aynı kısa ömürle bile,% 28 hücre, mono-Si'den daha düşük çevresel etkilere sahipti.
Organik ve polimer fotovoltaik (OPV) nispeten yeni bir araştırma alanıdır. Geleneksel OPV hücre yapısı katmanları, güneşin şeffaf elektroda çarptığı yarı saydam bir elektrot, elektron engelleme katmanı, tünel bağlantısı, delik engelleme katmanı, elektrottan oluşur. OPV, üretim maliyetini düşüren ve onları daha çevre dostu yapan bir elektrot malzemesi olarak gümüşü karbonla değiştirir. OPV esnektir, düşük ağırlıklıdır ve seri üretim için rulodan ruloya üretim ile iyi çalışır. OPV, "enerji geri ödeme sürelerini mümkün kılan basit baskı ekipmanı üzerinde yalnızca ortam işleme koşullarını kullanarak çok düşük işlem sıcaklıkları yoluyla son derece düşük yapılandırılmış enerjiye bağlanan yalnızca bol miktarda eleman" kullanır. Mevcut verimlilikler% 1-6,5 arasında değişmektedir, ancak teorik analizler% 10'un ötesinde verimlilik vaat etmektedir.
Her katman için farklı malzemeler kullanan birçok farklı OPV konfigürasyonu mevcuttur. OPV teknolojisi, şu anda daha kısa bir işletim ömrü sunsalar bile EPBT açısından mevcut PV teknolojilerine rakip oluyor. Bir 2013 çalışmasında tümü% 2 verimlilikle 12 farklı konfigürasyon analiz edildi, EPBT 1 m² PV için 0,29–0,52 yıl arasında değişti. OPV için ortalama CO 2 -eq / kWh 54.922 gramdır.
Ekonomi


Kaynak: Apricus
Yıllar içinde güneş fotovoltaik teknolojisinin temel maliyetlerinde, endüstri yapısında ve piyasa fiyatlarında büyük değişiklikler oldu ve küresel olarak endüstri değer zincirinde meydana gelen değişimlerin tutarlı bir resmini elde etmek bir zorluktur. Bunun nedeni: "maliyet ve fiyat değişimlerinin hızı, çok sayıda üretim sürecini içeren PV tedarik zincirinin karmaşıklığı, sistem dengesi (BOS) ve komple PV sistemleriyle ilişkili kurulum maliyetleri, seçim farklı dağıtım kanalları ve PV'nin uygulandığı bölgesel pazarlar arasındaki farklılıklar ". Çeşitli ülkelerde fotovoltaik ticarileştirmeyi kolaylaştırmak için uygulamaya konan çok sayıda farklı politika destek girişimlerinden daha fazla karmaşıklık ortaya çıkmaktadır.
PV endüstrisi, 2008'den beri modül fiyatlarında önemli düşüşler gördü. 2011'in sonlarında, kristalin silikon fotovoltaik modüller için fabrika çıkış fiyatları 1.00 $ / W işaretinin altına düştü. 1,00 $ / W kurulu maliyet, genellikle PV endüstrisinde PV için şebeke paritesine ulaşıldığına işaret olarak kabul edilir . Teknolojik gelişmeler, üretim süreci iyileştirmeleri ve endüstri yeniden yapılanması, önümüzdeki yıllarda daha fazla fiyat düşüşünün muhtemel olduğu anlamına geliyor. 2017 itibariyle, 0,05 $ / kWh altındaki güneş enerjisi çiftlikleri için elektrik satın alma anlaşması fiyatları Amerika Birleşik Devletleri'nde yaygındır ve birçok uluslararası ülkede en düşük teklifler yaklaşık 0,03 $ / kWh idi.
Tarife garantisi gibi fotovoltaik için mali teşvikler , genellikle elektrik tüketicilerine güneş-elektrik üretim sistemlerini kurmaları ve çalıştırmaları için sunulmuştur. Devlet, PV endüstrisini , PV ile üretilen elektriğin maliyetinin mevcut şebekenin maliyetinin üzerinde olduğu durumlarda rekabet etmek için gereken ölçek ekonomilerini elde etmeye teşvik etmek için bazen teşvikler de sunmuştur . Bu tür politikalar, ulusal veya bölgesel enerji bağımsızlığını , yüksek teknolojili iş yaratmayı ve iklim değişikliğine neden olan karbondioksit emisyonlarının azaltılmasını teşvik etmek için uygulanmaktadır . Ölçek ekonomileri nedeniyle, güneş panelleri insanlar daha fazla kullandıkça ve satın aldıkça daha az maliyetli hale geliyor - üreticiler talebi karşılamak için üretimi artırdıkça, maliyet ve fiyatın önümüzdeki yıllarda düşmesi bekleniyor.
Güneş pili verimleri, amorf silikon bazlı güneş pilleri için% 6'dan çok bağlantılı konsantre fotovoltaiklerle % 44.0'a kadar değişir . Ticari olarak temin edilebilen fotovoltaikler için güneş pili enerji dönüşüm verimleri yaklaşık% 14-22'dir. Konsantre fotovoltaikler (CPV), daha küçük boyutlu bir fotovoltaik hücre üzerinde 1.000'e kadar güneşi (büyütme merceğiyle) yoğunlaştırarak maliyeti düşürebilir. Bununla birlikte, bu tür konsantre güneş enerjisi, sofistike ısı emici tasarımları gerektirir, aksi takdirde fotovoltaik hücre aşırı ısınır, bu da verimliliğini ve ömrünü azaltır. Konsantre soğutma tasarımını daha da kötüleştirmek için, soğutucu pasif olmalıdır, aksi takdirde aktif soğutma için gereken güç genel verimliliği ve ekonomiyi azaltacaktır.
Kristal silikon güneş pili fiyatları 1977'de 76.67 $ / Watt'tan 2013'te tahmini 0.74 $ / Watt'a düştü. Bu, Swanson yasasını destekleyen bir kanıt olarak görülüyor , ünlü Moore Yasası'na benzer bir gözlem , güneş pili fiyatlarının her biri için% 20 düştüğünü ifade ediyor. sanayi kapasitesinin iki katına çıkarılması.
Bloomberg New Energy Finance tahminlerine göre, 2011 itibarıyla, PV modüllerinin fiyatı 2008 yazından bu yana% 60 düştü ve güneş enerjisini ilk kez elektrik perakende fiyatı ile rekabetçi bir zemine oturtdu. ülkeler; 2007'den 2012'ye alternatif ve tutarlı bir fiyat düşüşü rakamı da yayınlanmıştır, ancak bu rakamların Amerika Birleşik Devletleri'ne özgü mü yoksa genel olarak küresel mi olduğu belirsizdir. Elektrik ait levelised maliyeti ( LCOE elektrik değerinde geceleri daha gündüzleri daha olduğu gibi PV itibaren), neslin zamanının eklendiğinden özellikle coğrafi bölgelerin genişleyen listesinde, geleneksel elektrik kaynaklarıyla rekabetçi. Tedarik zincirinde şiddetli bir rekabet yaşandı ve güneş enerjisinin seviyelendirilmiş maliyetinde daha fazla iyileşme var ve önümüzdeki birkaç yıl içinde fosil yakıt üretim kaynaklarının hakimiyetine yönelik büyüyen bir tehdit oluşturuyor. Zaman ilerledikçe, yenilenebilir enerji teknolojileri genellikle ucuzlarken fosil yakıtlar genellikle daha pahalı hale gelir:
Güneş enerjisi maliyetleri ne kadar düşükse, geleneksel enerjiye kıyasla o kadar olumlu olur ve dünya çapındaki kamu hizmetleri ve enerji kullanıcıları için o kadar çekici hale gelir. Şebeke ölçeğindeki güneş enerjisi artık Kaliforniya'da, düşük maliyetli doğal gazla çalışanlarda bile, diğer çoğu pik jeneratörden çok daha düşük fiyatlarla 100 $ / MWh (0,10 $ / kWh) altında sunulabilir. Daha düşük güneş modülü maliyetleri, aynı zamanda, güneş enerjisi maliyetinin perakende elektrik oranlarına çok uygun olduğu tüketici pazarlarındaki talebi de canlandırır.
2011 itibarıyla, PV maliyeti nükleer enerjinin oldukça altına düştü ve daha da düşmeye hazırlanıyor. Solarbuzz grubu tarafından izlenen güneş pillerinin ortalama perakende fiyatı, 2011 yılı boyunca 3,50 $ / watt'tan 2,43 $ / watt'a düştü.
Büyük ölçekli kurulumlar için 1,00 $ / watt'ın altındaki fiyatlara ulaşıldı. Nisan 2012'de 5 yıllık büyük bir anlaşma için 0,60 Euro / watt (0,78 $ / watt) modül fiyatı yayınlandı.
2012'nin sonunda, "sınıfının en iyisi" modül fiyatı 0,50 $ / watt'a düştü ve 2017'ye kadar 0,36 $ / watt'a düşmesi bekleniyordu.
Pek çok yerde, PV, genellikle perakende elektrik fiyatlarında veya altında PV üretim maliyetleri olarak tanımlanan şebeke paritesine ulaşmıştır (yine de dağıtım ve diğer maliyetleri olmadan kömür veya gazla çalışan üretim için elektrik santrali fiyatlarının hala üzerindedir). Bununla birlikte, birçok ülkede, PV projeleri geliştirmek için hala sermayeye daha fazla erişime ihtiyaç vardır. Bu sorunu çözmek için menkul kıymetleştirme önerilmiş ve güneş fotovoltaik projelerinin gelişimini hızlandırmak için kullanılmıştır. Örneğin SolarCity , 2013 yılında güneş enerjisi endüstrisinde ilk ABD varlık destekli güvenliği sundu .
Fotovoltaik güç, aynı zamanda, yüksek klima kullanımının olduğu elektrik sistemlerinde, pik talebe yakın (ondan önce) günün bir saatinde üretilir. Büyük ölçekli PV operasyonu, eğirme rezervleri şeklinde yedekleme gerektirdiğinden, günün ortasında marjinal üretim maliyeti tipik olarak en düşüktür, ancak PV elektrik üretirken sıfır değildir. Bu, bu makalenin Şekil 1'inde görülebilir: Daha genel olarak, kömürle çalışan enerjinin fiyatını 5c / kWh artıracak olan 50 $ / ton karbon fiyatı göz önüne alındığında, solar PV'nin çoğu yerde maliyet açısından rekabetçi olacağı açıktır. Düşen PV fiyatı, 2011'de yaklaşık 23 GW olan hızla büyüyen tesislere yansımıştır. Almanya ve İtalya'nın büyük pazarlarındaki destek kesintileri nedeniyle 2012'de bir miktar konsolidasyon olması muhtemel olsa da, güçlü büyümenin geri kalanı için devam etmesi muhtemel görünüyor. on yılın. Daha şimdiden, bir tahmine göre, 2011 için yenilenebilir enerjilere yapılan toplam yatırım, karbon bazlı elektrik üretimine yapılan yatırımı aştı.
Öz tüketim durumunda geri ödeme süresi, şebekeden ne kadar elektrik getirilmediğine göre hesaplanır. Ek olarak, Plug-in Hibrit Elektrikli Araçlar ve Elektrikli Araçlarda kullanıldığı gibi, DC pilleri şarj etmek için PV güneş enerjisinin kullanılması, daha fazla verimlilik sağlar. Geleneksel olarak, güneş PV'den DC üretilen elektrik, dönüşüm sırasında ortalama% 10 kayıpla binalar için AC'ye dönüştürülmelidir. Batarya ile çalışan cihazlar ve araçlar için DC'ye geri geçişte ek bir verimlilik kaybı meydana gelir ve 2.057 $ ile 8.213 $ arasında değişen mevcut değerleri bulmak için çeşitli faiz oranları ve enerji fiyatı değişiklikleri hesaplanmıştır (2009'dan itibaren analiz).
Örneğin, elektrik fiyatları 0,25 euro / kWh ve İzolasyon 900 kWh / kW bir kW p olan Almanya'da yılda 225 euro, kurulum maliyeti 1700 euro / kW p ise sistemin 7'den daha kısa sürede geri ödeme yapabileceği anlamına gelir. yıl (2013 için örnek).
İmalat
Genel olarak, güneş fotovoltaikleri oluşturmanın üretim süreci, birçok karmaşık veya hareketli parçanın sonuçlandırılmasını gerektirmediği için basittir. PV sistemlerinin katı hal doğası nedeniyle, genellikle 10 ila 30 yıl arasında herhangi bir yerde nispeten uzun ömürlere sahiptirler. Bir PV sisteminin elektrik üretimini artırmak için, üreticinin daha fazla fotovoltaik bileşen eklemesi gerekir ve bu nedenle, artan üretimle maliyetler düştüğü için ölçek ekonomileri üreticiler için önemlidir.
Etkili olduğu bilinen birçok PV sistemi türü varken, kristalin silikon PV, 2013 yılında dünya çapındaki PV üretiminin yaklaşık% 90'ını oluşturuyordu. Silikon PV sistemlerinin üretilmesinin birkaç adımı vardır. İlk olarak, polisilikon çıkarılmış kuvarstan çok saf olana (yarı iletken sınıfı) kadar işlenir. Bu, elektron delikleri açısından zengin bir p-tipi yarı iletken yapmak için bir grup III element olan küçük miktarlarda bor eklendiğinde erir . Tipik olarak bir tohum kristali kullanılarak, bu çözeltinin bir külçesi sıvı polikristalinden büyütülür. Külçe ayrıca bir kalıba dökülebilir. Bu yarı iletken malzemenin gofretleri, tel testereler ile dökme malzemeden kesilir ve ardından temizlenmeden önce yüzey aşındırmasından geçer. Daha sonra, gofretler, çok ince bir fosfor tabakası, n-tipi yarı iletken bir yüzey oluşturan bir grup V elementi oluşturan bir fosfor buharı biriktirme fırınına yerleştirilir. Enerji kayıplarını azaltmak için, elektrik kontaklarıyla birlikte yüzeye yansıma önleyici kaplama eklenir. Hücre bittikten sonra, hücreler özel uygulamaya göre elektrik devresi ile bağlanır ve nakliye ve montaj için hazırlanır.
Kristal silikon fotovoltaikler yalnızca bir tür PV'dir ve şu anda üretilen güneş pillerinin çoğunu temsil etmelerine rağmen, gelecekteki enerji ihtiyaçlarını karşılamak için ölçeklendirme potansiyeline sahip birçok yeni ve gelecek vaat eden teknoloji bulunmaktadır. 2018 itibariyle, kristalin silikon hücre teknolojisi, monokristal, çok kristalli, mono PERC ve iki yüzeyli dahil olmak üzere çeşitli PV modül türleri için temel oluşturuyor.
Diğer bir yeni teknoloji olan ince film PV, yarı iletken katmanların vakumla substrat üzerine biriktirilmesiyle üretilir. Substrat genellikle cam veya paslanmaz çeliktir ve bu yarı iletken katmanlar kadmiyum tellürid (CdTe), bakır indiyum diselenid (CIS), bakır indiyum galyum diselenid (CIGS) ve amorf silikon (a-Si ). Substrat üzerine yerleştirildikten sonra, yarı iletken katmanlar ayrılır ve lazerle çizilerek elektrik devresi ile bağlanır. İnce film fotovoltaikler, silikon bazlı levhalara kıyasla ince filmlerden oluşan modüllerin üretim maliyetinin azalması ve malzeme gereksinimlerinin azalması nedeniyle artık toplam PV üretiminin yaklaşık% 20'sini oluşturmaktadır.
Gelişmekte olan diğer PV teknolojileri arasında organik, boya duyarlı, kuantum nokta ve Perovskite fotovoltaik bulunmaktadır. OPV'ler, imalatın ince film kategorisine girer ve tipik olarak silikon bazlı PV'ler tarafından görülen% 12-21'den daha düşük olan yaklaşık% 12 verimlilik aralığında çalışır. Organik fotovoltaikler çok yüksek saflık gerektirdiğinden ve nispeten reaktif olduklarından, enkapsüle edilmeleri gerekir, bu da üretim maliyetini büyük ölçüde artırır ve büyük ölçekli büyütmeler için uygun olmadıkları anlamına gelir. Boyaya duyarlı PV'ler verimlilik açısından OPV'lere benzer, ancak üretimi önemli ölçüde daha kolaydır. Bununla birlikte, bu boyaya duyarlı fotovoltaikler, sıvı elektrolit toksik olduğundan ve potansiyel olarak hücrede kullanılan plastiklere nüfuz edebileceğinden depolama sorunları ortaya çıkarır. Kuantum nokta güneş pilleri, kuantum nokta duyarlı DSSC'lerdir ve çözelti ile işlenmiştir, yani potansiyel olarak ölçeklenebilirler, ancak şu anda% 12 verimlilikle zirveye ulaşırlar. Perovskite güneş pilleri çok verimli bir güneş enerjisi dönüştürücüsüdür ve fotovoltaik amaçlar için mükemmel optoelektrik özelliklere sahiptir, ancak pahalıdır ve üretimi zordur.
Başvurular
Fotovoltaik sistemler
Bir fotovoltaik sistem veya güneş PV sistemi, fotovoltaikler aracılığıyla kullanılabilir güneş enerjisi sağlamak için tasarlanmış bir güç sistemidir. Güneş ışığını emmek ve doğrudan elektriğe dönüştürmek için güneş panelleri, elektrik akımını DC'den AC'ye değiştirmek için bir güneş invertörü, ayrıca montaj, kablolama ve diğer elektrikli aksesuarlar dahil olmak üzere birkaç bileşenden oluşan bir düzenlemeden oluşur. PV sistemleri, birkaç ila birkaç on kilovatlık kapasiteye sahip küçük, çatıya monte edilmiş veya binaya entegre sistemlerden , yüzlerce megavatlık büyük ölçekli elektrik santrallerine kadar çeşitlilik gösterir . Günümüzde çoğu PV sistemi şebekeye bağlıyken , bağımsız sistemler pazarın sadece küçük bir bölümünü oluşturuyor.
- Çatı ve bina entegre sistemleri
- Fotovoltaik diziler genellikle binalarla ilişkilendirilir: ya bunlara entegre edilir, üzerlerine monte edilir ya da yakın yere monte edilir. Çatı üstü PV sistemleri çoğunlukla mevcut binalara yeniden uyarlanır, genellikle mevcut çatı yapısının üstüne veya mevcut duvarlara monte edilir. Alternatif olarak, bir dizi binadan ayrı olarak yerleştirilebilir, ancak binaya güç sağlamak için kabloyla bağlanabilir. Binaya entegre fotovoltaikler (BIPV), elektrik gücünün ana veya yardımcı kaynağı olarak yeni evsel ve endüstriyel binaların çatı veya duvarlarına giderek daha fazla dahil edilmektedir. Bazen entegre PV hücreli çatı kiremitleri de kullanılır. Çatıya monte edilmiş güneş panelleri, havanın dolaşabileceği açık bir boşluk olması koşuluyla , gündüzleri binalar üzerinde pasif bir soğutma etkisi sağlayabilir ve ayrıca biriken ısıyı geceleri içeride tutabilir. Tipik olarak, konut tipi çatı üstü sistemleri 5–10 kW civarında küçük kapasitelere sahipken, ticari çatı tipi sistemler genellikle birkaç yüz kilovattır. Çatı sistemleri, zemine monte edilen şebeke ölçekli elektrik santrallerinden çok daha küçük olmasına rağmen, dünya çapındaki kurulu kapasitenin çoğunu oluştururlar.
- Yoğunlaştırıcı fotovoltaikleri
- Yoğunlaştırıcı fotovoltaikleri (CPV), geleneksel düz plaka PV sistemlerinden farklı olarak, güneş ışığını küçük ama yüksek verimli, çok bağlantılı (MJ) güneş pillerine odaklamak için lensler ve kavisli aynalar kullanan bir fotovoltaik teknolojidir . Ek olarak, CPV sistemleri genellikle verimliliklerini daha da artırmak için güneş izleyicileri ve bazen bir soğutma sistemi kullanır. Devam eden araştırma ve geliştirme hızla yarar ölçekli segmentinde ve yüksek güneş alanlarındaki rekabet güçlerini geliştirmektedir insolation .
- Fotovoltaik termal hibrit güneş kollektörü
- Fotovoltaik termal hibrit güneş kolektörü (PVT), güneş radyasyonunu termal ve elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir . Bu sistemler, güneş ışığını elektriğe dönüştüren bir güneş PV hücresini, kalan enerjiyi yakalayan ve PV modülünden atık ısıyı ortadan kaldıran bir güneş termal kolektörü ile birleştirir. Hem elektriğin hem de ısının yakalanması, bu cihazların daha yüksek ekserjiye sahip olmalarına ve dolayısıyla tek başına solar PV veya solar termalden daha genel enerji verimli olmasına izin verir .
- Güç istasyonları
- Tüm dünyada pek çok hizmet ölçeğinde güneş enerjisi çiftliği inşa edilmiştir. 2015 yılı itibarıyla 579 megawatt (MW AC ) Solar Star , dünyanın en büyük fotovoltaik güç istasyonudur ve bunu ABD şirketi First tarafından inşa edilen 550 MW AC kapasiteli Desert Sunlight Solar Farm ve Topaz Solar Farm izlemektedir. Güneş kullanarak CdTe modülleri , bir ince film PV teknolojisi. Her üç elektrik santrali de Kaliforniya çölünde bulunuyor. Dünyanın dört bir yanındaki birçok güneş enerjisi çiftliği tarımla entegre edilmiştir ve bazıları, geleneksel sabit monteli sistemlerden daha fazla elektrik üretmek için güneşin gökyüzündeki günlük yolunu takip eden yenilikçi güneş izleme sistemleri kullanır. Santrallerin çalışması sırasında herhangi bir yakıt maliyeti veya emisyon yoktur.
- Kırsal alan elektrifikasyonu
- Pek çok köyün genellikle şebekeden beş kilometreden daha uzak olduğu gelişmekte olan ülkeler , fotovoltaikleri giderek daha fazla kullanıyor. Hindistan'ın uzak bölgelerinde bir kırsal aydınlatma programı, gazyağı lambalarının yerine güneş enerjisiyle çalışan LED aydınlatma sağlıyor. Güneş enerjisiyle çalışan lambalar, birkaç aylık gazyağı tedarikinin maliyeti ile satıldı. Küba, şebekeye bağlı olmayan bölgelere güneş enerjisi sağlamak için çalışıyor. Şebekeden bağımsız güneş enerjisi kullanımının daha karmaşık uygulamaları arasında 3D yazıcılar bulunur . RepRap 3D yazıcılar, sürdürülebilir gelişme için dağıtılmış üretimi mümkün kılan fotovoltaik teknolojiyle güneş enerjisiyle güçlendirilmiştir . Kârlılık eksikliği bu tür çabaları insani çabalara düşürse de, bunlar sosyal maliyetlerin ve faydaların güneşe çıkmak için mükemmel bir durum sunduğu alanlardır. Bununla birlikte, 1995 yılında , elverişsiz ekonomi, teknik destek eksikliği ve kuzeyden güneye teknoloji transferinin gizli nedenleri mirası nedeniyle kırsal güneş enerjisi elektrifikasyonu projelerini sürdürmenin zor olduğu görülmüştür.
- Bağımsız sistemler
- Yaklaşık on yıl öncesine kadar, PV, hesap makinelerine ve yeni cihazlara güç sağlamak için sıklıkla kullanıldı. Entegre devrelerdeki iyileştirmeler ve düşük güçlü sıvı kristal ekranlar , bu tür cihazlara pil değişimleri arasında birkaç yıl boyunca güç sağlamayı mümkün kılarak PV kullanımını daha az yaygın hale getirir. Buna karşılık, güneş enerjisiyle çalışan uzaktan sabitlenmiş cihazlar, önemli bağlantı maliyetlerinin şebeke gücünü engelleyici bir şekilde pahalı hale getirdiği yerlerde son zamanlarda artan bir kullanım görmüştür. Bu tür uygulamalar arasında güneş lambaları , su pompaları, park sayaçları , acil durum telefonları , çöp sıkıştırıcıları , geçici trafik işaretleri, şarj istasyonları ve uzaktan koruma direkleri ve sinyalleri bulunur.
- Yüzen güneş
- Arazinin sınırlı olabileceği durumlarda, PV yüzer güneş enerjisi olarak kullanılabilir . Mayıs 2008'de, Oakville, CA'daki Far Niente Şaraphanesi, 994 fotovoltaik güneş panelini 130 ponton üzerine kurarak ve bunları şaraphanenin sulama havuzunda yüzdürerek dünyanın ilk "floatovoltaik" sistemine öncülük etti. Yüzer sistem yaklaşık 477 kW'lık bir tepe çıkışı üretir ve havuza bitişik bir dizi hücre ile birleştirildiğinde, şaraphanenin elektrik tüketimini tamamen dengeleyebilir. Yüzen bir sistemin birincil faydası, başka bir amaç için kullanılabilecek değerli arazi alanını feda etme ihtiyacını ortadan kaldırmasıdır. Far Niente Şaraphanesi durumunda, yüzer sistem kara tabanlı bir sistem için gerekli olan bir dönümün dörtte üçünü kurtardı. Bu arazi alanı bunun yerine tarım için kullanılabilir. Yüzen bir güneş sisteminin bir başka yararı da, panellerin karada olduğundan daha düşük bir sıcaklıkta tutulması ve bu da daha yüksek bir güneş enerjisi dönüşüm verimliliğine yol açmasıdır. Yüzer paneller ayrıca buharlaşma yoluyla kaybedilen su miktarını azaltır ve yosun oluşumunu engeller.
- Ulaşımda
- PV, geleneksel olarak uzayda elektrik gücü için kullanılmıştır. PV, nakliye uygulamalarında itici güç sağlamak için nadiren kullanılır, ancak teknelerde ve arabalarda yardımcı güç sağlamak için giderek daha fazla kullanılmaktadır. Bazı otomobillerde, sıcak günlerde iç sıcaklıkları sınırlandırmak için güneş enerjisiyle çalışan klima bulunur. Kendi kendine yeten bir güneş enerjili aracın sınırlı gücü ve kullanımı olacaktır, ancak güneş enerjisiyle şarj edilen bir elektrikli araç , ulaşım için güneş enerjisinin kullanımına izin verir. Güneş enerjisiyle çalışan arabalar, tekneler ve uçaklar, en pratik ve muhtemelen güneş arabaları olmak üzere gösterildi . İsviçreli güneş uçak , Solar Impulse 2 , elde tarihindeki en uzun kesintisiz yalnız uçuş ve ilk güneş enerjili tamamladı havadan çevresini 2016 yılında dünyanın.
- Telekomünikasyon ve sinyalizasyon
- Solar PV gücü, yerel telefon santrali, radyo ve TV yayını, mikrodalga ve diğer elektronik iletişim bağlantıları gibi telekomünikasyon uygulamaları için ideal olarak uygundur. Bunun nedeni, çoğu telekomünikasyon uygulamasında, depolama pillerinin halihazırda kullanımda olması ve elektrik sisteminin temelde DC olmasıdır. Engebeli ve dağlık arazide, dalgalı arazi nedeniyle engellendiklerinde veya geri yansıtıldıklarında radyo ve TV sinyalleri ulaşamayabilir. Bu konumlarda, yerel nüfus için sinyali almak ve yeniden iletmek için düşük güçlü vericiler (LPT) kurulur.
- Uzay aracı uygulamaları
- Uzay aracındaki güneş panelleri genellikle sensörleri, aktif ısıtma ve soğutmayı ve iletişimi çalıştırmak için tek güç kaynağıdır. Bir pil, bu enerjiyi güneş panelleri gölgede olduğunda kullanılmak üzere depolar. Bazılarında, güç aynı zamanda uzay aracı itme gücü için de kullanılır - elektrikli tahrik . Uzay aracı, 1958'de ABD tarafından fırlatılan Vanguard 1 uydusunda kullanılan silikon güneş pillerinden başlayarak, fotovoltaiklerin en eski uygulamalarından biriydi . O zamandan beri güneş enerjisi, MESSENGER sondasından Merkür'e kadar çeşitli görevlerde kullanıldı. Jüpiter'e giden Juno sondası olarak güneş sisteminde çok uzaklarda . Uzayda uçan en büyük güneş enerjisi sistemi , Uluslararası Uzay İstasyonu'nun elektrik sistemidir . Kilogram başına üretilen gücü artırmak için, tipik uzay aracı güneş panelleri , galyum arsenit (GaAs) ve diğer yarı iletken malzemelerden yapılmış yüksek maliyetli, yüksek verimli ve yakın paketlenmiş dikdörtgen çok bağlantılı güneş pilleri kullanır .
- Özel Güç Sistemleri
- Fotovoltaikler, aynı zamanda, yüksek sıcaklıklarda ve heterojen yakıcılar gibi tercih edilen ışıma yayma özellikli nesneler için enerji dönüştürme cihazları olarak da dahil edilebilir .
Avantajları
Dünya yüzeyine ulaşan 122 PW güneş ışığı bol miktarda - 2005 yılında insanlar tarafından tüketilen ortalama 13 TW eşdeğerinden yaklaşık 10.000 kat daha fazla. Bu bolluk, güneş enerjisinin dünyanın birincil enerji kaynağı haline gelmesinin çok uzun sürmeyeceği fikrini doğuruyor. Ayrıca, güneş elektrik nesil (170 W / m ortalama küresel en yüksek enerji yoğunluğuna sahiptir 2 yenilenebilir enerjilerin arasında).
Güneş enerjisi kullanım sırasında kirlilik içermez, bu da diğer enerji kaynaklarının yerine geçtiğinde kirliliği azaltmasını sağlar. Örneğin MIT , ABD'de yılda 52.000 kişinin kömürlü termik santral kirliliğinden erken öldüğünü ve bu ölümlerin biri hariç tümünün kömürün yerine PV kullanmaktan alıkonulabileceğini tahmin etti. Üretim son atıkları ve emisyonlar, mevcut kirlilik kontrolleri kullanılarak yönetilebilir. Kullanım sonu geri dönüşüm teknolojileri geliştirme aşamasındadır ve üreticilerden geri dönüşümü teşvik eden politikalar üretilmektedir.
PV kurulumları, ilk kurulumlarından sonra çok az bakım veya müdahale ile 100 yıl veya daha uzun süre ideal olarak çalışabilir, bu nedenle herhangi bir güneş enerjisi santrali inşa etmenin ilk sermaye maliyetinden sonra , işletme maliyetleri mevcut güç teknolojilerine kıyasla son derece düşüktür.
Şebekeye bağlı güneş enerjisi yerel olarak kullanılabilir, böylece iletim / dağıtım kayıpları azaltılabilir (ABD'de iletim kayıpları 1995'te yaklaşık% 7,2 idi).
Fosil ve nükleer enerji kaynaklarına kıyasla, güneş pillerinin geliştirilmesine çok az araştırma parası yatırıldı, bu nedenle iyileştirme için önemli bir alan var. Bununla birlikte, deneysel yüksek verimli güneş pilleri , fotovoltaik hücrelerin yoğunlaştırılması durumunda halihazırda% 40'ın üzerinde verime sahiptir ve seri üretim maliyetleri hızla düşerken verimlilik hızla artmaktadır.
Amerika Birleşik Devletleri'nin bazı eyaletlerinde, ev sahibi hareket ederse ve alıcı sisteme satıcıdan daha az değer koyarsa, eve monte sisteme yapılan yatırımın çoğu kaybedilebilir. Berkeley şehri , güneş panelleri için ödeme yapmak üzere evle birlikte aktarılan bir vergi tahakkuku ekleyerek bu sınırlamayı ortadan kaldırmak için yenilikçi bir finansman yöntemi geliştirdi. Artık PACE , Mülkiyet Değerlendirilmiş Temiz Enerji olarak bilinen 30 ABD eyaleti bu çözümü kopyaladı.
En azından Kaliforniya'da, eve monte edilmiş bir güneş sisteminin varlığının bir evin değerini gerçekten artırabileceğine dair kanıtlar var. Ernest Orlando Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı tarafından Nisan 2011'de yayınlanan Konut Fotovoltaik Enerji Sistemlerinin Kaliforniya'daki Ev Satış Fiyatları Üzerindeki Etkilerinin Analizi başlıklı bir makaleye göre:
Araştırma, Kaliforniya'daki PV sistemli evlerin, PV sistemleri olmayan benzer evlere göre daha yüksek bir fiyata satıldığına dair güçlü kanıtlar buldu. Daha spesifik olarak, ortalama PV primleri için tahminler, çok sayıda farklı model spesifikasyonu arasında kurulu watt (DC) başına yaklaşık 3,9 ila 6,4 $ arasında değişmektedir ve çoğu model 5,5 $ / watt civarında birleşmektedir. Bu değer, nispeten yeni 3.100 watt'lık bir PV sistemi için yaklaşık 17.000 $ 'lık bir prime karşılık gelir (çalışmadaki PV sistemlerinin ortalama boyutu).
Sınırlamalar
- Üretimde Kirlilik ve Enerji
PV, temiz, emisyonsuz elektrik üretmenin iyi bilinen bir yöntemi olmuştur. PV sistemleri genellikle PV modülleri ve invertörden oluşur (DC'yi AC'ye değiştirerek). PV modülleri esas olarak, bilgisayar çipleri yapmak için kullanılan malzemeden hiçbir temel farkı olmayan PV hücrelerinden yapılır. PV hücreleri üretme süreci enerji yoğundur ve oldukça zehirli ve çevresel olarak zehirli kimyasallar içerir. PV'den üretilen enerjiyle PV modülleri üreten dünya çapında birkaç PV üretim tesisi vardır. Bu karşı etkili önlem, PV hücrelerinin üretim sürecinin karbon ayak izini önemli ölçüde azaltır. Üretim sürecinde kullanılan ve üretilen kimyasalların yönetimi fabrikaların yerel yasa ve yönetmeliklerine tabidir.
- Elektrik Şebekesine Etkisi
Sayaç arkasındaki çatı üstü fotovoltaik sistemler için, enerji akışı iki yönlü hale gelir. Tüketimden daha fazla yerel üretim olduğunda, elektrik şebekeye ihraç edilerek net ölçüm yapılmasına izin verilir . Bununla birlikte, elektrik şebekeleri geleneksel olarak teknik sorunları ortaya çıkarabilecek iki yönlü enerji transferini ele alacak şekilde tasarlanmamıştır. Elektrik bu PV evlerinden tekrar ağa akarken bir aşırı voltaj sorunu ortaya çıkabilir. PV invertör güç faktörünün düzenlenmesi, elektrik dağıtıcısı seviyesinde yeni gerilim ve enerji kontrol ekipmanı, elektrik kablolarını yeniden iletme, talep tarafı yönetimi vb. Gibi aşırı gerilim sorununu yönetmek için çözümler vardır. Sıklıkla ilgili sınırlamalar ve maliyetler vardır. bu çözümlere.
Gün ortasında yüksek üretim, net üretim talebini azaltır, ancak güneş batarken daha yüksek pik net talep, ördek eğrisi adı verilen bir yük profili üreten elektrik üretim istasyonlarının hızlı bir şekilde yükselmesini gerektirebilir .
- Elektrik Fatura Yönetimi ve Enerji Yatırımı için Çıkarımlar
Elektrik veya enerji talebi ve fatura yönetiminde sihirli değnek yoktur, çünkü müşteriler (sahalar) farklı özel durumlara sahiptir, örneğin farklı konfor / rahatlık ihtiyaçları, farklı elektrik tarifeleri veya farklı kullanım modelleri. Elektrik tarifesinin günlük erişim ve ölçüm ücreti, enerji ücreti (kWh, MWh bazında) veya en yüksek talep ücreti (örneğin, bir aydaki en yüksek 30 dakikalık enerji tüketimi için bir fiyat) gibi birkaç unsuru olabilir. PV, Avustralya ve Almanya gibi elektrik fiyatlarının makul ölçüde yüksek olduğu ve sürekli arttığı durumlarda enerji ücretlerini düşürmek için umut verici bir seçenektir. Bununla birlikte, en yüksek talep ücretinin uygulandığı yerler için, yoğun talepler çoğunlukla öğleden sonra geç saatlerden akşamın erken saatlerine kadar meydana gelirse, örneğin konut topluluklarında, PV daha az çekici olabilir. Genel olarak, enerji yatırımı büyük ölçüde ekonomik bir karardır ve operasyonel iyileştirme, enerji verimliliği, yerinde üretim ve enerji depolamadaki seçeneklerin sistematik değerlendirmesine dayalı yatırım kararları almak daha iyidir.
Ayrıca bakınız
|Wikimedia Commons, Fotovoltaik ile ilgili medyaya sahiptir .|
- Aktif güneş
- Agrivoltaik
- Amerikan Güneş Enerjisi Topluluğu
- Anormal fotovoltaik etki
- Yenilenebilir enerjide bakır § Güneş fotovoltaik enerji üretimi
- Kaynağa göre elektrik maliyeti
- Enerji talep yönetimi
- Elektromotor kuvvet § Güneş pili
- Grafen § Güneş pilleri
- Fotovoltaik şirketlerinin listesi
- Güneş pili üreticilerinin listesi
- Fotoelektrokimyasal hücre
- Kuantum verimliliği § Güneş pillerinin kuantum verimliliği
- Yenilenebilir enerji ticarileştirme
- Güneş pili kumaşı
- Güneş modülü kalite güvencesi
- Güneş fotovoltaik izleme
- Güneş enerjisi
- Güneş pili teorisi
Referanslar
daha fazla okuma


Fotovoltaik hakkında kütüphane kaynakları|
- Clean Tech Nation : ABD Yeni Küresel Ekonomide Nasıl Lider Olabilir (2012), Ron Pernick ve Clint Wilder
- Uluslararası Enerji Ajansı tarafından Yenilenebilir Enerji Dağıtımı 2011 (2011)
- Ateşi Yeniden Keşfetmek: Yeni Enerji Çağı için Cesur İş Çözümleri (2011), Amory Lovins
- IPCC tarafından Yenilenebilir Enerji Kaynakları ve İklim Değişikliğinin Azaltılması (2011)
- Uluslararası Enerji Ajansı tarafından Güneş Enerjisi Perspektifleri (2011)
- PH ev sahipleri için güneş enerjisi ne kadar pratik? Rappler tarafından
- SolarBankbility AB Projesi 09/2016. "Fotovoltaik Projelerde Teknik Risklerin En Aza İndirilmesi" Raporu